UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA
PROBLEMAS DE CONTAMINACIO CONTAMINACION N DEL AGUA
CATERA:
Ciencias Ambientales PRESENTADO A:
Ing. José Pomalaya Valdez REALIZADO POR:
ALFARO ASTOHUAMÁN, Ángel Ángel
ALUMNO DEL VIII SEMESTRE DE LA FIQ-UNCP
Ciudad Universitaria – Huancayo Perú Julio del 2008
1
25
1. Calcular la dureza de las siguientes aguas aguas , ricas en sales de magnesio magnesio , cuyo análisis dan los siguientes resultados : Solución:
a.
4 x10 −4 M , enMg +2 .
−4
4 x10 M , Mg
Dureza =
+2
3 4 x10 −4 molMg +2 . 1molCaCO3 100.09 gCaCO3 10 mgCaCO3 = x x x Lagua 1molCaCO3 1gCaCO3 1molMg + 2
40mgCaCO3 / Lagua
Dureza = 40 ppmCaCO3
b.
100 ppmMgCO3
100 ppmMgCO3 =
100mgMgCO3 Lagua
x
1gMgCO3 10 3 mgMgCO3
100.09 gCaCO3 1molCaCO3
x
x
10 3 mgCaCO3
1molMgCO3 84.32 gMgCO3 =
x
1molCaCO3 1molMgCO3
119mgCaCO3
1gCaCO3
Lagua
Dureza = 119mgCaCO3 / Lagua = 119 ppmCaCO3
c. 60 ppmMg 2+ 60 ppmMg
+2
=
60mgMg +2 . Lagua
x
1gMg 2+ 10 3 mgMg
100.09 gCaCO3 1molCaCO3
Dureza = 247 ppmCaCO3
2
25
x
x +2
1molMg 2+ 24.31gMg
10 3 mgCaCO3 1gCaCO3
=
x 2+
1molCaCO3 1molMg +2
247mgCaCO3 Lagua
x
x
2. Un agua industrial tiene una concentración concentración de 4 x10 −4 M , Mg +2 . ¿Cuál es su dureza?
−4
4 x10 M , Mg
+2
3 4 x10 −4 molMg +2 . 1molCaCO3 100.09 gCaCO3 10 mgCaCO3 = x x x 1molCaCO3 1gCaCO3 Lagua 1molMg + 2
Dureza = 40mgCaCO3 / Lagua = 40 ppmCaCO3
3. ¿Cuál es la dureza dureza de un agua natural que que tiene una concentración concentración de 80 ppm en CaCO3 ? Solución:
Dureza = 80mgCaCO3 / Lagua =
80 ppmCaCO3
4. ¿Cual será la la dureza de de un agua industrial que tiene la concentración concentración de 2+ 60 ppm en Ca ? Solución:
60 ppmCa
+2
=
60mgCa Lagua
2+
x
+2 1gCa . 3 10 mgCa
100.09 gCaCO3 1molCaCO3
Dureza = 150 ppmCaCO3
3
25
x 2+
x
+2 1molCa
40.08 gCa
x +2
3 10 mgCaCO3
1gCaCO3
=
1molCaCO3 +2 1molCa
x
150mgCaCO3 Lagua
5. Un agua de un manantial fue tratada con Na 2 CO3 .Para reducir su dureza. Después de del tratamiento la dureza se ha reducido hasta 10ppm de CaCO3 ¿Cuál será la concentración de CO3−2 en el equilibrio? Dato: KcCaCO = 5.0 x10 9 3
Solución:
Conociendo la reacción de precipitación del
CaCO3 y
el equilibrio de solubilidad
del mismo, podemos calcular la concentración del anion carbonato existente en el equilibrio. +
→ → CaCO3 + 2 Na Ca ( aq2 ) + Na 2 CO3
+
→ → Ca (+aq2 ) + CO3−(2aq ) CaCO3
10 ppmCaCO3 =
10mgCaCO3 Lagua
x
1gCaCO3 10 3 mgCaCO3
x
+ 1molCa 2
100.09 gCaCO3
x
+ 1molCa 2
1molCaCO3
−
= 10 x10
KcCaCO3 = [Ca
+2 ( aq )
][CO
− − CO3 2 = 5 x10 5 M
4
25
−2 3( aq )
] ⇒ [CO
−2 3 ( aq )
]=
−5
molCO3(2aq ) Lagua
Kc
[Ca ] +2 ( aq )
=
− 5 x10 9
10 x10 −5
−2
= 5 x10
−5
molCO3( aq ) Lagua
6. El análisis
de un
agua natural
indica que
es
4 x10 −4 M , Mg +2 . ,
−4 +2 −4 − 6 x10 MCa . y 8 x10 M , HCO3 . Si se quiere ablandar dicha agua por el
método de la cal y de la sosa [Ca (OH ) 2 yNa 2 CO3 ] , calcule la cantidad de hidroxido de calcio y de carbonato de sodio que sera necesario emplear por cada m3 de agua : Solución:
a) 4 x10 −4 M , Mg +2 . b) 6 x10 −4 MCa +2 . c) 8 x10 −4 M , HCO3− .
El agua de partida contiene Mg +2, Ca+2 y HCO3- diferentes concentraciones por lo que habrá de añadir cal sosa. Para el cálculo de Na 2 CO3 necesario se tiene la siguiente reacción: Mg 2 + + Na 2 CO3 → → MgCO3 + 2 Na
3 −4 +2 4 x10 molMg . 1molNa2 CO3 106 gNa 2 CO3 10 L x x x Adición de Sosa = +2 Lagua 1molNa2 CO3 1m 3 1molMg
AdicióndeS osa = 42,4
gNa 2 CO3 m3
Para el calculo de Ca(OH)2necesario se tiene la siguiente reacción: −
+2 → → 2CaCO3 + 2 H 2 O Ca ( AguaPura) + 2 HCO3 Ca (OH ) 2
8 x10−4 molHCO3 − 1molCa(OH ) 2 103 l 3 = = 0.4mol / m 3 − lAgua 2molHCO3 1m Adición de cal 4 = 4 x10− mol / l
4 x10 −1 molCa(OH ) 2 74 gCa(OH ) 2 gCa(OH ) 2 = Adición de Cal = 29 . 6 m3 m3 1molCa(OH ) 2
5
25
os cambios de concentración que ha implicado esta adición de cal se tiene en la siguiente tabla: Ca +2
HCO3
(agua dura)
−
(agua dura)
Ca(OH ) 2
CaCO3
(reactivo)
(Producto)
_
_
Concentraciones iniciales
6x10 -4
8x10 -4
_
_
Concentración
_ 4x10 -4
de cal añadida Cambio por precipitación
-4x10 -4
-8x10 -4
-4x10 -4
8x10 -4
2x10 -4
0
0
8x10 -4
Concentración de precipitación después de precipitación
El exceso de Ca +2 que ha quedado sin precipitar se elimina por adición de Na 2 2CO CO 3 3 (sosa). Ca + ( AguaPura ) + Na 2 CO3 → → CaCO3 + 2 Na + 2
2
Adición de Cal:
8 x10 −4 molCa +2 1molNa2 CO3 10 3 l 106 gNa2 CO3 = +2 1m 3 1molNa CO lAgua 1molCa 2 3 = 21.6
gNa 2 CO3 m3
Cantidad de Na2 CO3 total = 42.4 + 21.6 = 64 Cantidad de
6
25
Ca (OH ) 2 = 29.6
gCa(OH ) 2 m
3
gNa2CO3 m3
7. Una muestra de agua residual que que llega a una depuradora fue fue sometida al ensayo de incubación reglamentario para la determinación determinación del parámetro DBO5. Para ello, y dado que previsiblemente el valor de DBO 5 será alto, se diluyeron 25 ml del agua residual hasta un litro con agua exenta de oxígeno. En esta nueva disolución se determina la concentración del oxígeno disuelto antes del ensayo de incubación y al finalizar el mismo, después de 5 días, obteniéndose los valores de 9 y 1 mgO 2/l respectivamente. ¿Cuál es el valor del parámetro DBO 5?
Solución:
Sabiendo que la DBO5 es la diferencia entre la concentración inicial y final de oxígeno disuelto, y teniendo en cuenta el grado de dilución.
DBO5 =
mg O2 l agua residual
Dis min ución de O2 disuelto = DBO5 =
8 mg O2 l agua (dilución)
DBO5 = 320
7
25
x
9 mg O2 l agua
−
1 mg O2 l agua
1l agua (dilución) 25 ml agua(residual )
mg O2
1lagua (residual )
=
= 320 ppm O2
8 mg O2 l agua
x
10 3 ml agua (residual ) 1l agua (residual )
8. Una muestra de 50 50 ml de un agua agua residual se diluyó diluyó hasta 500 ml con con agua exenta de oxígeno y se determinó la concentración en oxígeno disuelto de la muestra diluida, que resultó ser de 6 ppm. Al cabo de 5 días de incubación volvió a repetirse la determinación de oxígeno disuelto, siendo el valor hallado en esta ocasión de 2 ppm. Calcule la DBO5 del agua residual. Solución:
Vr = 50 ml agua residual Vd = 500 ml agua (dilución) Ci O2 = 6 ppm = 6 mg O2 / 1l agua Cf O2 = 2 ppm = 2 mg O2 / 1l agua
DBO5 =
mg O2 l agua residual
Dis min ución de O2 disuelto = DBO5 =
4 mg O2 l agua (dilución)
DBO5 = 40
8
25
x
6 mg O2 l agua
−
2 mg O2 l agua
0.5 l agua (dilución) 50 ml agua(residual )
mg O2
1lagua (residual )
= 40 ppm O2
=
4 mg O2 l agua
x
10 3 ml agua (residual ) 1l agua (residual )
9. Un vagón cisterna de 60 m3 acaba acaba de realizar un transporte transporte con etanol. Para limpiarlo se llena completamente de agua. ¿Cómo variará la DBO total del agua si habían quedado en el fondo del vagón 10 litros de etanol? Supóngase que el etanol puede sufrir oxidación total por degradación biológica con el oxígeno. Dato: Densidad del etanol 0.87 g/cm g/cm3 a 20 ºC.
Solución:
Teniendo en cuenta la reacción de oxidación del metanol calculamos el oxígeno que empleara para su descomposición. CH 3 OH ( aq ) + 3 / 2 O2 → CO2 ( aq ) + 2 H 2 O
Oxígeno consumido por el metanol: 10 l CH 3 OH 10 3 cm 3 CH 3OH 0.87 g CH 3OH 1 mol CH 3 OH 1.5 mol O2 x x x x x 1l CH 3OH 32 g CH 3OH 1 mol CH 3OH cm 3 60 m 3 agua 32 g O2 1 mol O2
9
25
x
10 3 mg O2 1 g O2
= 27500
mg O2 m 3 agua
= 217.5
mg O2
1l agua
10. 100 ml de una muestra de agua residual consume para su oxidación total 30 ml de una disolución de dicromato de potasio 0.15 N. Calcule la DQO de dicha agua residual. Solución:
N º Equivalent es de K 2 Cr 2 O 7 = 30 x 10 −3 x 0.15 = 4.5 x10 −3 N º Equivalent es de Oxígeno = N º Equivalent es de Dicromato N º gramos de Oxígeno = N º Equiv . de Oxígeno x Pesoéquiv . de oxígeno N º gramos de Oxígeno = 4.5 x10 − 3 x 8 = 36 x 10 − 3 DBO =
36 x 10 −3 g O 2 100 ml agua
DBO = 360
10
25
mg O 2 l agua
x
10 −3 mg O 2 1g
x
10 3 ml agua l agua
11. Una industria química que produce ácido acético CH 3-COOH, evacua un caudal de agua residual de 100 l/s con una concentración en dicho ácido de 300 mg/l. Si se elimina el ácido acético, oxidándolo hasta CO 2 con dicromato de potasio 1 M, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr+3, calcule el volumen diario de la solución de dicromato, expresado en m 3, que será preciso emplear. Solución:
Para calcular el volumen de solución de
K 2Cr 2O
a emplear, basta recordar
que el n de moles de equivalentes de este oxidante debe ser igual al n moles de equivalentes de oxigeno que se hubieron consumido consumido caso se hacerse la reacción de oxidación con este ultimo agente agente La reacción de oxidación del
CH 3 COOH sería:
CH 3 COOH + 2 O 2 → 2 CO + 2 H 2 O − 300 x 10 3 g CH 3 COOH 1molCH 3 COOH 2mol 0 oxigenonec esario = x x 1 60 gCH 3 COOH l molCH 3 COOH
oxigenonec esario = 320mgO2
Peso equivalente del oxígeno en una reacción: → → 2O −2 O2 + 2e
Peso Equivalente del Oxígeno
=
32 4
=8
N º demolesdeE quivalentedeOxigeno / lAgua =
320mgO2 / l 8 gO2 / molEquivalente
N º demolesdeE quivalentedeOxigeno / lAgua = 0.04
molEquivalenteO2 lAgua
N º molesdeEquivalentes de K 2Cr 2O totales :
l 24 x60 x60 s molEquivalente = 100 x x0.04 1día s l N º molesEquivalentes de K 2Cr 2O totales = 345600 equivalent eK 2Cr 2O aldia
11
25
volumendisolucion( K 2 Cr 2 O7 )diario : volumendisolucionK 2 Cr 2 Odiaria =
345600 equivalent eK 2 Cr 2 O7 / dia nº molEquivalenteK 2 Cr 2 O7 / disolución
Se tiene que: Eq =
1 M =
Mol C arg adelCatión xnº deCationes mol
=
=
3 x2
Mol
6
ldisolución
345600 equivalent eK 2 Cr 2 O7 / dia 6moldeequivalenteK 2 Cr 2 O7 l / disolución 3
volumendiario = 57.6
25
Mol
6molequivalenteK 2 Cr 2 O7
ldisolución
volumendiario =
12
=
m K 2 Cr 2 O7 dia
12. Calcule cual será el DQO de un agua residual que contiene una concentración de 5 ppm del pesticida baygon (C 11H15O3N). considere que el nitrógeno se oxida totalmente hasta ión nitrato. Solución:
La reacción química es: C 11 H 15 O3 N + 29 / 2 O2 →11CO2 + 15 / 2 H 2 O + NO3
DBO =
5 mg C 11 H 15 O3 N
DBO = 11.29
13
25
l mg O2 l
x
29 / 2mol O2
x
1molC 11 H 15 O3 N
1molC 11 H 15O3 N 0.209mgC 11 H 15 O3 N
x
−
0.032mg O2 1 mol O2
13. La DBO total de una determinada agua es de 60 ppm de oxígeno mientras que para la oxidación total de una muestra de 50 cm3 de dicha agua se precisa 4 cm 3 de dicromato de potasio 0.12 N. Calcule el DQO del agua mencionada e indique si la materia orgánica que predomina es de naturaleza biodegradable o no biodegradable. Solución:
DBO
5
= 60 ppmO
2
Concent . K 2 Cr 2 O 7 = 0 . 12 N volumen = 4 cm 3 DQO = ?
Se sabe: N ≡
nº Eq − g V
; nº ( Eq − g ) K 2Cr 2O7 = Nv = 0.12
( Eq − g ) l
3
x 4cm x
= 0.4810 −3 ( Eq − g ) n º ( Eq − g )O2 = nº ( Eq − g ) K 2Cr 2O7 n º gO2 = n º ( Eq − g )O2 xpesoEquivalenteO2
Peso Equivalente en la Reacción: → → 2O −2 O2 + 2e
Peso Equivalente del Oxígeno nº gO2 = 0.48 x10 −3 (Eq - g) x8
=
32 4
g (Eq - g)
=8
g
( Eq − g )
= 384 x10 −5 gO2
Dis min ución de O2 disuelto ≡ 384 x10 −5 O2
384 x10 −5 103 cm3 1mgO2 mgdeO2 ≡ 76 . 8 DQO = x x l 50cm3 1l 1g DBO DQO
60
=
76.8
= 0.78 ppm O2
0.78 < 1
Por lo tanto predomina la materia orgánica biodegradable. 14
25
1l 3
10 cm3
14. Para declorar un agua se utiliza un carbón activo, con un contenido de 96% en carbón, que actúa según la siguiente reacción: Calcule: a. ¿Cuántos mg de carbón activo son necesarios par tratar 1 m3 de agua cuya
concentración en cloro es de 0.4 ppm? b. Si empleamos una columna de 300 g de carbón activo para eliminar cloro de una agua que contiene 0.8 ppm del mismo, ¿Cuántos litros de agua pueden ser declorados por el carbón de la columna? Suponga que la eficiencia del tratamiento con el carbón activo es del 80%.
Solución: a. Carbón activo necesario:
=
0.4 mg Cl 2 l agua
mgC 0.012mgC 10 3 L ≡ x x x x 35 . 21 2molCl 2 0.071mgCl 2 1molC m 3 agua 1m 3
1mol C
1mol Cl 2
b. Volumen a tratar de Agua: 3 1moldeC 2molesCl2 71gCl2 10 mgCl 2 VOLUMEN = 300 gCarbonx x x x x 100 gCactivo 12 gC 1molC 1molCl 2 1gCl 2
80 g C
volumen = 284 x10 4 mgCl 2
Entonces:
=
284 x10 4 mg Cl 2 0.8mgCl 2 lagua
15
25
= 355 x10 4 l = 3.55 x10 2 m 3
15. En las aguas del mar del pacifico, un mar interior, la cantidad total de sólidos disueltos en el agua es del orden del 50 g/l. Para desalinizar esta agua utilizando un proceso de ósmosis inversa, ¿Cuál será la presión Mínima necesaria a la temperatura de 25 ºC? Dato: Suponga el Factor i de Van Hoff = 1.75 y que los sólidos disueltos
corresponden un 60% a NaCl y el resto a KCl. Soluciòn:
La presión mínima se correspode4nderia con la presión osmótica del agua a tratar por tanto teniendo en cuenta la ecuación que relaciona la presión osmótica con la concentración. π
: presiónOsmótica
S . D : 50 g / l
60% NaCl = 30 g / lNaCl 40% KCl = 20 g / lkCl π
=
LnRT V
π
π
π
= 1.75 x
30 g NaCl l
x0.082
= 17.5 x 20 gKClx0.082
atmLt 298K = 21.93atm x MolK 58.5 gmol
atmLt 298K = 13.79atm x MolK 62 gmol
> 35.72 atm
Por lo tanto la presión es mayor que: 35.72 atm
16
25
16. Un agua residual r esidual contiene 120ppb de Al (III). Calcule cual sera el pH minimo al que comenzara a precipitar el citado contaminante en forma de hidroxido de aluminio, por adicion progresiva de una base fuerte. -33 Dato: K s s Al (OH ) 3 =1.9x10
Solución:
Teniendo en cuenta el equilibrio de solubilidad del calculemos la cantidad de Al +3 que contendra el agua. → → Al Al (OH ) 3 ←
+3
+ 3(OH ) −
3 4 +3 − Ks = [ Al ][OH ] = ( s).(3s) = 27 s 3
Ks = 27 s 4 s=
K
4
=
4
9 x10 −33
27
27
= 2.4452 x10 −10
entonces:
[OH ] = 3s = 3 x 2.4452 x10 −
−10
= 7.3356 x10 −10
Por lo tanto la concentracion del Agua será: − Ks = [ H 2O ][OH ]
[ H 2O] =
Ks
[OH ] −
=
10 −14 7.3356 x10
−10
= 1.36318 x10 −5
− pH = − log[ H 2O ] = − log(1.36318 x10 ) = 4.87 5
pH = 4.87
comensara a precipitar a un pH mínimo de 4.87.
17
25
Al (OH ) 3
y su K s s,
17. A un agua residual que se encuentra a pH = 8 se le incorpora por un nuevo vertido, 13 ppm de Cr(III). ¿Precipitara el citado metal en forma de hidróxido de cromo (III)? Dato: Ks/Cr(OH)3/ = 6.7 x 10 -31
Solución:
La reacción en el equilibrio: Cr (OH ) 3 → Cr +3 + 3OH − K = [Cr
][OH ] pH = − Log [OH ] = 8 − 3
+3
−
[ H 2 O] = 10 −8
[Cr ] = 13mg x
1mol
+3
l
3
52 x10 mg
[Cr ] ≡ 2.5 x10 M Ks = [2.5 x10 ][10 ] +3
−4
−4
2.5 x10
−29
−8 3
= 2.5 x10 − 29
> 6.7x10-31
Se precipitara dado que:
[Cr ][OH ] +3
− 3
2.5 x10 −22 > Ks
18
25
= 2.5 x10 −4
= 2.5 x10 −22
mol l
= .5 x10 − 4 M
18. Una determinada industria genera un vertido de 500 l/h de un agua residual con un contenido en propanol de 150 mg/l y 60 mg de Ba +2/l. Calcule: a. La presión osmótica del agua residual, a 20º C, debida al propanol. b. La DBO total del agua residual. c. Si para eliminar el propanol se obatar por oxidarlo con una disolución de
dicromato de potasio 2 N, en medio ácido, ¿Cuál sera el volumen de la misma que se precisaria diariamente? d. Si la Ba+2 del agua residual se precipita en forma de fosfato de bario mediante el empleo de fosfato de sodio ¿Qué cantidad de fosfato de sodio se necesitara diariamente, y que cantidad de lodos, compuestos por el fosfato de bario precipitado y con una humedad del 55%, se retirara anualmente?
Solución: a. Par un soluto molecular:
π
π
π
=
mRT
=
V CRT
=
1 mRT V
π
= 1150 x
mgC 3 H 6 O lagua
x0.082
298 K 1g = 0.060atm x x 3 MolK 60 gmol 10 mg atmxl
= 0.060atm
b. Reacción de oxidación del propanol : C 3 H 5 OH + O2 → 3CO2 + 4 H 2 O DBO5 =
150mgC 3 H 5 OH lagua
x
1molO2
x x 1molC 3 H 5 OH 60 x10 3 mgC 3 H 5 OH
DBO5 = 360mgO2 / lH 2 O
c. Oxigeno necesario = 360mgO2 / lH 2O
Peso equivalente del oxigeno: → → 2O −2 O2 + 2e 19
25
1molC 3 H 5 OH
32 x10 3 mgO2 1molO2
Peso Equivalente del Oxígeno n º molde( Eq − g )O2
=
lagua
=
32 4
=8
( Eq − g )
mol ( Eq − g )O2 360mgO2 / l = 0.045 mgO 2 lagua 8x10 3 mol(Eq - g)
n º molde( Eq − g ) K 2 Cr 2 O7
=
nº molde( Eq − g )O2
l
= 0.045
l
nº molde( Eq − g ) K 2 Cr 2 O7 =
= 540
g
500l h
x
24h día
x0.045
mol ( Eq − g )O2 lagua
mol ( Eq − g )O2 l
mol ( Eq − g ) K 2 Cr 2 O7 día
Volumen de solución de: K 2 Cr 2 O7 = 540
mol ( Eq − g ) K 2 Cr 2 O7 / día
2( Eq − g ) K 2 Cr 2 O7 / l
= 270l / día
d. Para calcular el fosfato de sodio necesario será preciso ajustar la
estequiometria del proceso: 3 Ba
+2
+ 2 Na 3 PO 4 → Ba 3 ( PO 4 ) 2 ↓ + 6 Na
+
Cantidad de moles de Ba +2 a eliminar diario: =
60mgBa l
Cantidad de Na3 PO4 =
+2
x
5.243
+2 1 Ba 3 2 137.3 x10 mgBa +
molBa
+2
día
x
x
500l h
2molNa 3 PO4 3molBa
+2
x
x
24h día
= 5.243
molBa
+2
día
164 gNa 3 PO4 1molNa3 PO4 x
= 573.23 gNa 3 PO4 / día
Para calcular los lodos que se retiran anualmente hay que considerar la estequiometria del proceso y considerar posteriormente la humedad con que se eliminan los lodos. Cantidad de lodos húmedos: =
5.243molBa día
= 853224.4 g
20
25
+2
x
lodo año
1molBa3 ( PO4 ) 2 3molBa
+2
x
= 853.22kg / año
601.9 gBa3 ( PO4 ) 2 1molBa3 ( PO4 ) 2
x
100 glodoshúmedos 45 gBa3 ( PO4 ) 2
x
365días 1año
19. Una empresa dedicada al sector de recubrimientos electrolíticos electrolí ticos tiene dos corrientes de aguas residuales procedentes de su proceso productivo perfectamente segregados y diferenciados con las siguientes características: • •
corriente A: carácter ácido, caudal 120l/s, 60mg/l de CrO4-2. corriente B: carácter básico, caudal 100l/s, 5mg/l de CNa. Si para depurar la corriente A se pretende como primer paso reducir el
cromato (CrO-2) hasta Cr-2, Calcular la cantidad diaria que se necesitara de sulfito se sodio (Na2SO3) si se utiliza este compuesto como reductor. reductor. +3 b. Su se pretende precipitar como hidróxido hidróxido todo el el Cr , obtenido en el paso anterior , calcular la cantidad de cal apagada(hidróxido de calcio de 85% de pureza que será) necesario emplear diariamente. c. Si para depurar la corriente B se pretende oxidar oxidar al Ion cianuro cianuro (CN-) hasta dióxido de carbono y nitrógeno elemental, mediante una disolución 5M de hipoclorito de sodio ( NaOCl), proceso en el cual el hipoclorito se reduce hasta ión cloro. Calcular los lodos diarios de dicha solución oxidante que se necesitaran. Solución: a. La reacción química: → → Cr2 (SO 3 ) 3 + 6Na + + 1/2O 2 2CrO 4 + 3Na 2 SO 3 -2
Cantidad de sulfito: =
60mgCrO4
−2
x
l x
126 gNa2 SO3 1molNa2 SO3
120l s
x
3600 s 1h
x
== 1013561.38
24h d
x
3molNaSO4 1molCrO4
gNa2 SO3
=
−2
x
1molCrO4
−2
116 * 10 3 mgCr 4
−2
1.014TM . Na 2 SO3
día
día
b. La reacción química: Cr 2 ( SO4 )3 + 3Ca(OH ) 2 → 2Cr (OH ) 3 + 3CaSO4
Calculo de la cantidad de =
60mgCrO4 l
= 1051100.7 21
25
−2
Cr 2 ( SO4 ) 3 : −2
1molCrO 4 392 gCr 2 (SO4 ) 3 24h 1molCr 2 ( SO4 ) 3 x x x x x −2 −2 3 s día 1molCr 2 (SO4 ) 3 2molCrO 4 116 * 10 .mgCrO4 120l
gCr 2 ( SO4 ) 3 dia
= 105.1
KgCr 2 ( SO4 ) 3 dia
Calculo de la cantidad de =
1051.1KgCr 2 ( SO4 ) 3 dia
= 700.3
x
Ca(OH ) 2 :
3molCa (OH ) 2 1molCr 2 ( SO4 ) 3
x
1molCr 2 ( SO4 ) 3
x
0.074 KgCa (OH ) 2
0.392 KgCr 2 ( SO4 ) 3 1molCa (OH ) 2 * 0.85
KgCa (OH ) 2 dia
c. La reacción química: 2CN + 5 NaClO + 2 H + → 2CO2 + 5 NaCl + N 2 + H 2 O
Calculo de la cantidad de NaClO : −
=
5mgCN l
= 4153.85 M =
22
25
n V
x
100l s
x
3600 s h
x
24h dia
x
5molNaClO −
2molCN
x
− 1molCN − 26 x103 mgCN
molNaClO
⇒ V =
dia n M
=
4513,85mol 5mol / l
= 830,77
lNaClO dia
20. Una industria química genera un agua residual que posee las siguientes características media:
Caudal = 80l/s Etanol = 130mg/l Ácido metanoico =400mg/l Sólidos en suspensión=500mgl Pb +2 = 3mg / l
Para esta agua indique: a. La DBO total del agua residual residual debida a la presencia de etanol y del ácido
metanoico b. Si se pudiese eliminar selectivamente solo el ácido metanoico, oxidándolo hasta CO2 con bicromato de potasio en medio ácido, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr+2, ajuste la ecuación iónica de oxidaciónreducción que tendría lugar y calcule el volumen diario de la solución de bicromato de potasio 2M, expresado en m3. Que seria preciso emplear. c. Las toneladas anuales de lodos húmedos, retiradas con un 40% de humedad, que se producirán si los sólidos e suspensión se reducen hasta 30mg/l. si se disminuye la concentración de Pb+2 precipitándolo por adición estequiometrica de una solución de carbonato de sodio. ¿cual será el consumo diario de carbonato de sodio sólido de pureza de 95%¿ cual será la concentración de Pb +2, expresada en ppb, en el agua residual residual una vez tratada? Dato: Ks ( PbCO3 ) = 1.5 x10 −13 Solución: a. Para calcular la DBO será preciso ajustar las ecuaciones de oxidación del
etanol y ácido metanoico y calcular la contribución de cada una de la DBO total. CH 3 − CH 2 OH + 3O2 → 2CO2 + 3 H 2 O C 2 H 5 OH + 3O2 → 2CO2 + 3 H 2 O H − COOH +
1
O2 → CO2 + H 2 O 2 CH 2 O2 + 1 / 2O2 → CO2 + H 2 O
DBO causada por el etanol: =
130mgC 2 H 5 OH l
= 271.30
23
25
mgO2 l. H 2 O
x
3molO 2
1molC 2 H 5 OH
x x 1molC 2 H 5 OH 46 *10 3 mgC 2 H 5 OH
3 32 *10 mgO2
1molO 2
DBO causada por el ácido =
400mgCH 2 O2 l
metanoico: = 139.13
x
0.5molO2 1molCH 2 O2
x
1molCH 2 O2 46 *10 3 mgCH 2 O2
x
32 *10 3 mgO2 1molO2
mgO2 l.agua
DBOTotal = 271.30 + 139.13 = 410,43
mgO2 l .agua
b. El ajuste de la ecuación de oxidación-Reducción permitirá establecer la
estequiometria del proceso y por lo tanto calcular la cantidad de K 2Cr2O7 necesario:
La reacción iónica: 3 H − COOH + Cr 2 O7
−2
+ H + → 3CO2 + 2Cr +3 + 7 H 2 O
La cantidad de dicromato necesario: =
80l s
3600 s
x
h
= 20034.78
x
24h d
400mgCH 2 O2
x
molCr 2 O7
l.agua
x
1molCr 2 O7
−2
3molCH 2 O2
1molCH 2 O2
x
46 * 10 3 mgCH 2 O2
−2
dia 3 20034.78mol / dia n n m K2Cr2O7 = = 10017l / día = 10.01 M = ⇒ V = V M 2mol / l dia
c. Los fangos retirados vendrán dados por la diferencia de los sólidos iniciales y
finales.
SÓLIDOS ELIMINADOS = SÓLIDOS INICIALES- SÓLIDOS FINALES = 500
mg
lodos
=
l
− 30
80l
año
s
x
mg
= 470
l 3600s h
lodos.humedos año
x
mg
solidos.e lim inados
l
24h dia
x
365dias año
x
470mg l. * 0.60(solidos sec os )
= 1.9761 * 1012
mg año
= 1976.17TM
d. La estequiometria de la reacción de precipitación establecerá la cantidad de Na2CO3 : Pb
+2
+ Na2CO3 → PbCO3 + 2 Na
+
Cantidad de carbonato de sodio: =
80l s
x
24
25
x
3600 s h
x
24h dia
x
106 *103mgNa 2 CO3 1molNa2 CO3
3mgPb +2 l
=
x
1molNa 2 CO3 2 1molPb +
10.61KgNa 2 CO3 0.95.dia
x
1molPb +2 207,2 *103mgPb +
= 11.17
KgNa 2 CO3 dia
2
Concentración de Pb +2: La reacción: + PbCO3 → Pb 2 + CO3 + Ks = [Pb ] CO3 2
−3
−3
= s.s = s 2
Ks = S 2 s=
K s
−13 = 3.8729 x10 −7 s = 1.5 *10
[Pb ] = 3.8729 x10 +2
−7
concentracion.dePb
= 80.29
25
25
ugPb + 2 l.agua
M
+2
=
− + 3,8729 x10 7 molPb 2
l.agua
= 80.29 pbbPb + 2
x
207.2 gPb
+2
+ 1molPb 2
x
10 6 ugPb + 1gPb 2
+2